Ochrona przeciwprzepięciowa – przyczyny powstawania przepięć

Przepięcia łączeniowe powstają na skutek operacji załączania i wyłączania linii, podczas łączenia obciążeń indukcyjnych i pojemnościowych oraz podczas wyłączania prądów zwarciowych. Zwłaszcza odłączanie urządzeń produkcyjny, systemów oświetleniowych lub transformatorów może powodować uszkodzenia w znajdujących się w pobliżu urządzeń elektrycznych

Przepięcia indukowane od dalszych i pobliskich uderzeń pioruna – także wówczas, gdy środki ochrony odgromowej i ochrony przed przepięciami sa zainstalowane, bezpośrednie wyładowania piorunowe generują pole magnetyczne o dużym natężeniu, które indukuje w instalacjach napięcia o dużej wartości szczytowej. Nawet w promieniu 2 km od miejsca uderzenia pioruna może dochodzić do powstania szkód spowodowanych przez przepięcia, będące wynikiem sprzężenia indukcyjnego pochodzącego od wyładowań pobliskich.

Bezpośrednie oddziaływanie prądu piorunowego. Przepływ prądu piorunowego przez elementy instalacji elektrycznej jest największym zagrożeniem przepięciowym. Źródłem prądu piorunowego jest bezpośrednie wyładowanie elektryczne. Istnieje kilka możliwości wprowadzenia prądu piorunowego do instalacji elektrycznej :

  • Bezpośrednie wyładowanie w napowietrzną linię zasilającą nn
  • Bezpośrednie wyładowanie w instalację odgromową
  • Bezpośrednie wyładowanie w instalacje przewodzące na zewnątrz budynku – monitoring, oświetlenie, klimatyzacja.

Prąd piorunowym występujący przy bezpośrednim uderzeniu pioruna w obiekt, można przedstawić przy pomocy prądu udarowego o kształcie 10/350 µs. Probierczy prąd udarowy odwzorowuje zarówno szybkie narastanie, jak i dużą energię rzeczywistego prądu piorunowego. Ogranicznik przepięć Typ 1 (klasy B) i elementy zewnętrznej ochrony odgromowej są badane przy pomocy takiego prądu.

W przypadku bezpośredniego uderzenia w budynek z zewnętrzną ochroną odgromową, na rezystancji systemu uziemienia i wyrównania potencjałów powstaje spadek napięcia, który stanowi przepięcie w stosunku do innych urządzeń. Wzrost potencjału stanowi zagrożenie dla systemów elektrycznych np. instalacji zasilających, urządzeń telefonicznych, telewizji kablowej, przewodów sterujących znajdujących się w budynku. Do badań i kontroli różnorodnych urządzeń ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej stosuje się odpowiednie ustalone z krajowymi i międzynarodowymi normami prądy probiercze.

W przypadku bezpośredniego uderzenia pioruna   w instalację odgromową lub uziemione instalacje znajdujące się na dachu budynku np. anteny możliwe jest bezpieczne odprowadzenie energii wyładowanej piorunowego do ziemi. Jednak sama instalacja odgromowa nie oznacza, że zrobiono już wszystko: z uwagi na impedancję uziemionej instalacji, cały system uziemiający budynku w jednej chwili tzn. podczas przepływu prądu piorunowego, osiąga wysoką wartość potencjału. Ten wzrost potencjału powoduje rozpływ prądu piorunowego w uziemionych instalacjach budynku, systemach zasilania elektrycznego, liniach przesyłu danych oraz w znajdujących się w sąsiedztwie instalacjach uziemiających np. pobliskich budynków, transformatora nn.

Bezpośrednie uderzenie pioruna w linię napowietrzną lub przewód linii przesyłu danych, może powodować rozpływ części prądu piorunowego w sąsiednim budynku. Na szczególne zagrożenia ze strony przepięć narażone są instalacje elektryczne budynków znajdujących się na końcach linii napowietrznych.

Pośrednie oddziaływanie prądu piorunowego. Źródłem przepięć w instalacjach elektrycznych są także wyładowania atmosferyczne w obiekty znajdujące się w sąsiedztwie chronionego budynku, a także wyładowania odległe w linie zasilające nn.

Piorun jest źródłem pola elektromagnetycznego, które indukuje przepięcia w instalacjach i urządzeniach elektrycznych. Przepięcia mogą byś zaindukowane przez wyładowania powstałe nawet 2 km od obiektu.

Przepięci a wywołane przez pobliskie uderzenia piorunów oraz procesy łączeniowe odwzorowuje się udarem probierczym 8/20 µs. Wartość energii tego udaru jest znacznie mniejsza, niż probierczego udaru piorunowego o kształcie 10/350 µs. Ograniczniki przepięć Typ 2 i 3 (klasa C i D) są badane tym rodzajem impulsu probierczego.

Przepięcia komutacyjne. Źródłem przepięć są także operacje łączeniowe wewnątrz instalacji związane np. z pracą niektórych urządzeń przemysłowych. Źródłem przepięć, które wywołują negatywne skutki w systemie zasilania są odbiorniki takie jak: spawarki, zgrzewarki, piece indukcyjne, szybko nawrotem napędy elektryczne, silniki indukcyjne, dźwigi, windy, pompy itp.

Obecnie coraz powszechniej stosowane są urządzenia elektroniczne zarówno w gospodarstwach domowych jak i w przemyśle. Dążenie do miniaturyzacji oraz uzyskania jak najniższego poboru mocy przez urządzenia wymaga stosowanie układów elektronicznych, które są szczególnie wrażliwe na działanie przepięć. Odziaływanie przepięć może doprowadzić np. do uszkodzenia urządzeń, nieprawidłowej pracy układów sterująco-sygnalizacyjnych, resetowania pamięci urządzeń elektronicznych, zatrzymania pracy urządzeń komputerowych, zakłóceń w systemach transmisji sygnałów i układów regulacyjnych. Urządzenia narażone są na działanie przepięć komutacyjnych w sytuacji gdy zasilane są z tego samego systemu zasilania, do którego dołączone są odbiorniki generujące przepięcia. Dotyczy to np. komputerów działających w części biurowej obiektu, którego pozostałą część zajmuje hala produkcyjna.

Rozpływ prądu piorunowego. Do oceny narażenia związanego z przepływem prądu piorunowego przez elementy instalacji elektrycznej służy zawarty w normie PE-EN 62305-1 zał. E. zakładany rozpływ prądu piorunowego w przypadku bezpośredniego wyładowania w obiekt. W oparciu o zapis norm możliwe jest obliczenie prądu płynącego przez uziom oraz przewodzące instalacje i części zewnętrzne. Przyjmuje się, że wartość prądu piorunowego może osiągnąć nawet 200 kA. Do wstępnego oszacowania można przyjąć, że podczas bezpośredniego wyładowania atmosferycznego budynek, 50% prądu piorunowego popłynie bezpośrednio do uziomu a pozostałe 50%w przewodzące instalacje obiektu (gazową, wodną, elektryczną i teleinformatyczną). Zakład się równomierne wynikanie prądu udarowego do zainstalowanych mediów. Instalacje elektryczne więc zagrożone przepływem znacznych prądów piorunowych o wartości nawet do kilkudziesięciu kA. Należy też wziąć pod uwagę, że w budynku coraz częściej stosuje się w przyłączonych mediach elementy z tworzyw sztucznych, co znacznie podnosi ryzyko pojawienia się znacznych wartości prądów udarowych w instalacji elektrycznej obiektu.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

*